(57)【要約】【課題】既製コンクリート杭のＰＣ鋼材が定着される端面金物と、この端面金物に接合される鋼管との接合部における破壊を防止することが可能で、既製コンクリート杭に本来の支持能力を発揮させることができる既製コンクリート杭部材およびこれを用いて構築される建物の基礎構造を提供する。【解決手段】既製コンクリート杭２の杭頭部に設けられて当該既製コンクリート杭２に埋設されるＰＣ鋼材３の定着部となる端面金物４に接合され、内部に柱５と一体化される充填コンクリートＣが打設される鋼管６を備えた既製コンクリート杭部材１であって、鋼管６の外径寸法ｄを、既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄよりも小さく、且つ端面金物４との接合位置ＸがＰＣ鋼材３の定着位置Ｙより外側となるように設定した。【選択図】図１
2005299291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既製コンクリート杭の杭頭部に設けられて当該既製コンクリート杭に埋設されるＰＣ鋼材の定着部となる端面金物に接合され、内部に柱と一体化される充填コンクリートが打設される鋼管を備えた既製コンクリート杭部材であって、
上記鋼管の外径寸法を、上記既製コンクリート杭の外径寸法よりも小さく、且つ上記端面金物との接合位置が上記ＰＣ鋼材の定着位置より外側となるように設定したことを特徴とする既製コンクリート杭部材。
【請求項２】
前記鋼管の外径寸法ｄ（ｍｍ）と前記既製コンクリート杭の外径寸法Ｄ（ｍｍ）との関係が、
（１）ｄ＝Ｄ−１０ｍｍ      （但し、Ｄ＜５００ｍｍ）
（２）ｄ＝Ｄ−１０〜２０ｍｍ（但し、５００ｍｍ≦Ｄ＜６００ｍｍ）
（３）ｄ＝Ｄ−２０〜３０ｍｍ（但し、６００ｍｍ≦Ｄ＜８００ｍｍ）
（４）ｄ＝Ｄ−２０〜４０ｍｍ（但し、８００ｍｍ≦Ｄ＜９００ｍｍ）
（５）ｄ＝Ｄ−２０〜５０ｍｍ（但し、９００ｍｍ≦Ｄ＜１０００ｍｍ）
（６）ｄ＝Ｄ−３０〜６０ｍｍ（但し、Ｄ≧１０００ｍｍ）
であることを特徴とする請求項１に記載の既製コンクリート杭部材。
【請求項３】
地盤に打設した杭部材で柱を支持する建物の基礎構造において、上記柱が適宜に、基礎梁およびフーチングを用いずに、前記請求項１記載の既製コンクリート杭部材と直接連結されて構築されることを特徴とする建物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既製コンクリート杭のＰＣ鋼材が定着される端面金物と、この端面金物に接合される鋼管との接合部における破壊を防止することが可能で、既製コンクリート杭に本来の支持能力を発揮させることができる既製コンクリート杭部材および建物の基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の建物では、一般的な基礎構造として杭頭部上端面と柱脚部および基礎梁とがフーチングを介して一体に接合されているが、上部荷重の小さな建物、例えば低層の鉄骨造建物においては、簡素で合理的な基礎構造として、杭と鉄骨柱とを直接的に連結して、フーチングと基礎梁を用いない基礎構造形式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
本願出願人は、この種の基礎構造形式の改良を企図して、地盤の所定位置に打設された円形中空断面の既製コンクリート杭と、既製コンクリート杭と同外径以下で既製コンクリート杭の杭頭上端面に接合された鋼管及び鋼管内の所定位置に設置され鋼管内に充填されたコンクリートで一体化された鉄骨柱で構成され、杭頭上端面に鋼管を突き合わせ溶接するようにした鉄骨造建物の基礎構造を提案している（特願２００２−２７２９０７号参照）。このような基礎構造によれば、既製コンクリート杭と鉄骨柱との結合を堅固にして曲げや剪断応力の伝達を円滑にすると共に現場での作業と根切り工事とを回避することで、施工コストの低減と工期の短縮が図られる。
【特許文献１】特開平１１−１００８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような基礎構造に用いられる既製コンクリート杭ａとして図７に示すように、内部にＰＣ鋼材ｂを埋設して高強度化したＰＨＣ杭やＰＲＣ杭などが知られている。このようなＰＣ鋼材ｂを備えた既製コンクリート杭ａでは、当該ＰＣ鋼材ｂを、杭頭部を覆う円盤状の端面金物ｃに定着させるようにしていて、そしてこの端面金物ｃはまた、既製コンクリート杭ａに対して鋼管ｄを溶接接合などする、接合箇所ともなっていた。このような基礎構造、特に既製コンクリート杭ａと、内部に柱ｆが設置されてコンクリートで一体化される鋼管ｄとの関係では、ＰＣ鋼材ｂの存在を考慮しないと、次のような問題があることが判明した。
【０００５】
例えば水平地震力が加わって基礎側の既製コンクリート杭ａと建物側の柱ｆとの間に曲げモーメントＭが発生すると、引張側となるＰＣ鋼材ｂと鋼管ｄとの間に引張力が作用する。ＰＣ鋼材ｂの定着部であり且つ鋼管ｄの接合部となる端面金物ｃにおいては、溶接などの接合作業を考慮してこれら定着位置ｇと接合位置ｈとは相当の距離を隔てられていて、このため曲げモーメントＭが発生すると定着位置ｇと接合位置ｈとの間の距離ｅに応じた曲げ応力（ΔＭ＝ｅ・Ｔ）が発生し、当該距離ｅが大きいとこの曲げ応力ΔＭによって端面金物ｃが変形し、その変形によってＰＣ鋼材ｂの定着部に曲げが作用して当該ＰＣ鋼材ｂを破断させたり、あるいは端面金物ｃと鋼管ｄとの接合箇所での破断が発生し、既製コンクリート杭ａが破壊する以前に、端面金物ｃ位置において構造的破壊が生じてしまうおそれがあった。そしてこのために、既製コンクリート杭ａが本来の支持能力を発揮する前に基礎構造としての強度が失われてしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、既製コンクリート杭のＰＣ鋼材が定着される端面金物と、この端面金物に接合される鋼管との接合部における破壊を防止することが可能で、既製コンクリート杭に本来の支持能力を発揮させることができる既製コンクリート杭部材およびこれを用いて構築される建物の基礎構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる既製コンクリート杭部材は、既製コンクリート杭の杭頭部に設けられて当該既製コンクリート杭に埋設されるＰＣ鋼材の定着部となる端面金物に接合され、内部に柱と一体化される充填コンクリートが打設される鋼管を備えた既製コンクリート杭部材であって、上記鋼管の外径寸法を、上記既製コンクリート杭の外径寸法よりも小さく、且つ上記端面金物との接合位置が上記ＰＣ鋼材の定着位置より外側となるように設定したことを特徴とする。
【０００８】
また、前記鋼管の外径寸法ｄ（ｍｍ）と前記既製コンクリート杭の外径寸法Ｄ（ｍｍ）との関係が、
（１）ｄ＝Ｄ−１０ｍｍ      （但し、Ｄ＜５００ｍｍ）
（２）ｄ＝Ｄ−１０〜２０ｍｍ（但し、５００ｍｍ≦Ｄ＜６００ｍｍ）
（３）ｄ＝Ｄ−２０〜３０ｍｍ（但し、６００ｍｍ≦Ｄ＜８００ｍｍ）
（４）ｄ＝Ｄ−２０〜４０ｍｍ（但し、８００ｍｍ≦Ｄ＜９００ｍｍ）
（５）ｄ＝Ｄ−２０〜５０ｍｍ（但し、９００ｍｍ≦Ｄ＜１０００ｍｍ）
（６）ｄ＝Ｄ−３０〜６０ｍｍ（但し、Ｄ≧１０００ｍｍ）
であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる建物の基礎構造は、地盤に打設した杭部材で柱を支持する建物の基礎構造において、上記柱が適宜に、基礎梁およびフーチングを用いずに、前記請求項１記載の既製コンクリート杭部材と直接連結されて構築されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる既製コンクリート杭部材にあっては、既製コンクリート杭のＰＣ鋼材が定着される端面金物と、この端面金物に接合される鋼管との接合部における破壊を防止することができ、既製コンクリート杭に本来の支持能力を発揮させることができる。
【００１１】
また、本発明にかかる建物の基礎構造にあっては、曲げモーメントに対し既製コンクリート杭での先行破壊を保証できて、本来の強度負担を担わせることができる上記既製コンクリート杭部材の特性を活かした合理的な建物の基礎構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる既製コンクリート杭部材の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる既製コンクリート杭部材１は基本的には、図１に示すように、既製コンクリート杭２の杭頭部に設けられて当該既製コンクリート杭２に埋設されるＰＣ鋼材３の定着部となる端面金物４に接合され、内部に柱５と一体化される充填コンクリートＣが打設される鋼管６を備えた既製コンクリート杭部材１であって、鋼管６の外径寸法ｄを、既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄよりも小さく、且つ端面金物４との接合位置ＸがＰＣ鋼材の定着位置Ｙより外側となるように設定される。
【００１３】
既製コンクリート杭２として本実施形態にあっては、従来公知のＰＨＣ杭（プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭）や、これに類するＰＲＣ杭などが用いられる。ＰＨＣ杭２は図２に示すように中空円筒体状で、長さ方向両端に配置した端面金物４に対し、周方向へ等間隔で環状配列した複数のＰＣ鋼材３の両端をそれぞれ定着させるとともに、これら端面金物４間にスパイラル鉄筋７を配筋し、この状態でコンクリートを打設しつつ遠心成形することによってＰＣ鋼材３やスパイラル鉄筋７を埋設した形態で形成され、現場に打設された際にはその中空内部に充填コンクリート８が打設される（図１参照）ようになっている。
【００１４】
縦向きに埋設されて既製コンクリート杭２の杭頭部に位置されることとなる端面金物４は図４にその概略を示すように、環状の端板４ａの外周端縁に円筒状部材４ｂの上端が溶接接合されて形成される。端板４ａには、周方向に等間隔の環状配列で、ＰＣ鋼材３の端部を定着させる定着部となる孔４ｃが複数形成される。
【００１５】
ＰＲＣ杭２は、当該ＰＨＣ杭の構成にさらに、ＰＣ鋼材３間に長さ方向に沿って、曲げ耐力を付与するための補強用の異形棒鋼９を併設したものである。また既製コンクリート杭２としてはこのほかに、例えばＦｃ＝１００Ｎ・ｍｍ2級の、平成１３年国土交通省告示第１１１３号第８第六号の規定に基づきコンクリートの許容応力度が定められた杭であってもよい。これら既製コンクリート杭２は、プレボーリング工法や中堀工法等の埋め込み杭工法によって地盤１０に埋設される（図１参照）。これら既製コンクリート杭２は、表１に示すものが提供されている。
【００１６】
【表１】
2005299291.tif 000003
他方、鋼管６は、内部に鉄骨柱等の柱５の挿入が可能であって、且つ当該柱５と一体化するための充填コンクリートＣを打設することが可能な大きさの中空円筒体状に形成される。その平面断面形態は円形に限らず、多角形であってもよい。また柱５の形態は、図示したようなボックス形態に限らず、形鋼形態であってもよい。ボックス形態の場合には、その内部にコンクリートが充填されるようになっている。そしてこの鋼管６は下端が杭頭部の端面金物４に溶接接合などによって接合されるようになっている。特に本実施形態にあっては図１および図５に示すように、鋼管６の外径寸法ｄが、既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄよりも小さく、且つ端面金物４との接合位置ＸがＰＣ鋼材３の定着位置Ｙである孔４ｃの形成位置よりも外側となるように設定される。すなわち、既製コンクリート杭２に鋼管６を取り付ける際、鋼管６は、端面金物４の外形輪郭よりも内側であって、且つ環状配列された孔４ｃ位置よりも外側となる、ＰＣ鋼材３に近づいた位置で端面金物４と接合される。鋼管６が多角形の場合には、最大外形寸法がｄとされる。
【００１７】
図５には、端面金物４と鋼管６とを溶接接合する場合を例にとって、これら端面金物４と鋼管６との接合部の詳細が示されている。端面金物４の各孔４ｃは、端板４ａの肉厚方向下方が小径に、上方が大径に形成されることによって段付き部４ｄが形成され、ＰＣ鋼材３はこの段付き部４ｄに頭部３ａが係止されて孔４ｃ内に定着される。この孔４ｃと端板４ａ、すなわち端面金物４の外周端縁との間に、鋼管６の溶接接合部Ｗが設定される。鋼管６の下端には、外周面６ａから内周面６ｂに向かって切り欠き部６ｃが形成されて、この切り欠き部６ｃと端板４ａ表面との間に溶接開先が形成される。また必要に応じて、鋼管６の内周面６ｂに当てて裏当て金１１が設置される。
【００１８】
溶接接合の場合、ＰＣ鋼材３に対する溶接熱の熱的影響を考慮して、具体的にはＰＣ鋼材３が溶接熱に晒されてその性状・強度が劣化しないように、鋼管６の内周面６ｂ位置、もしくは裏当て金１１の設置位置は、ＰＣ鋼材３の定着部である孔４ｃよりも相当の距離を隔てて設定される。これにより全強溶接等による溶接接合が可能になる。そして端面金物４の外周端縁よりも内側において、溶接開先を介し鋼管６と端面金物４とが溶接接合される。この溶接作業は、工場等で精度よく実施される。
【００１９】
ＰＣ鋼材３の定着部であり且つ鋼管６の溶接接合部となる端面金物４上で鋼管６をＰＣ鋼材３に対して近づけ且つ熱的影響を避ける具体的寸法として、鋼管６の外径寸法ｄと既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄとの関係は、
（１）ｄ＝Ｄ−１０ｍｍ      （但し、Ｄ＜５００ｍｍ）
（２）ｄ＝Ｄ−１０〜２０ｍｍ（但し、５００ｍｍ≦Ｄ＜６００ｍｍ）
（３）ｄ＝Ｄ−２０〜３０ｍｍ（但し、６００ｍｍ≦Ｄ＜８００ｍｍ）
（４）ｄ＝Ｄ−２０〜４０ｍｍ（但し、８００ｍｍ≦Ｄ＜９００ｍｍ）
（５）ｄ＝Ｄ−２０〜５０ｍｍ（但し、９００ｍｍ≦Ｄ＜１０００ｍｍ）
（６）ｄ＝Ｄ−３０〜６０ｍｍ（但し、Ｄ≧１０００ｍｍ）
とすることが好ましい。
【００２０】
ＰＣ鋼材３は、各外径寸法の既製コンクリート杭２の肉厚ｔ（図１から図３参照）のほぼ中央に配置されるので、表１から、例えば外径寸法Ｄ＝４５０ｍｍの既製コンクリート杭２にあっては式（１）により、鋼管６の外径寸法ｄが４４０ｍｍとされ、鋼管６の外周面６ａは既製コンクリート杭２の外周面、具体的には端面金物４の外周端縁からα＝５ｍｍ内側の位置であって、また鋼管６の外周面６ａから孔４ｃの中心までの距離が３０ｍｍに設定される。外径寸法Ｄ＝５００ｍｍの既製コンクリート杭２にあっては式（２）により、鋼管６の外径寸法ｄは既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄよりも１０〜２０ｍｍ小さく設定されて、鋼管６の外径寸法ｄが４８０〜４９０ｍｍとされ、鋼管６の外周面６ａは端面金物４の外周端縁からα＝５〜１０ｍｍ内側の位置であって、また鋼管６の外周面６ａから孔４ｃの中心までの距離が３０〜３５ｍｍに設定される。そのほかの外径寸法Ｄの既製コンクリート杭２の場合には、α＝１０〜３０ｍｍであって、鋼管６の外周面６ａから孔４ｃの中心までの距離が３０〜５５ｍｍに設定され、外径寸法Ｄ＝１２００ｍｍの既製コンクリート杭２では、式（６）により、孔４ｃの中心までの距離が４５〜６０ｍｍに設定される。鋼管６の外径寸法ｄと既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄとの差を最小とした場合が、鋼管６内に柱５を挿入する施工性の面で最適である。既製コンクリート杭２の外径寸法Ｄが大きくなるにつれて、鋼管６もその外径寸法ｄが大きくなり、それに伴って鋼管６の肉厚も厚く設定されるけれども、上記設定によりＰＣ鋼材３の定着位置Ｙに鋼管６の接合位置Ｘを近づけながらも、ＰＣ鋼材３に対する熱的影響を避けることができるようになっている。
【００２１】
そして本実施形態にかかる既製コンクリート杭部材１は、ＰＣ鋼材３入りの上記既製コンクリート杭２と、この既製コンクリート杭２の端面金物４に溶接接合される上記鋼管６とから構成され、現場にて打設した後、鋼管６内に柱５の柱脚部を挿入し充填コンクリートＣを打設することで、建物の基礎構造として適用されることになる。
【００２２】
本実施形態にかかる既製コンクリート杭部材１にあっては、鋼管６の接合位置ＸをＰＣ鋼材３の定着位置Ｙに近づけることができるので、例えば水平地震力によって基礎側の既製コンクリート杭２と建物側の柱５との間に発生した曲げモーメントにより、定着部と接合部との間に生じる曲げ応力を小さくすることができる。これにより、端面金物４の変形や、その変形によってＰＣ鋼材３の定着部に曲げが作用して当該ＰＣ鋼材３を破断させたり、あるいは端面金物４と鋼管６との接合箇所での破断が発生し、既製コンクリート杭２が破壊する以前に、端面金物４位置において構造的破壊が生じてしまうことを防止することができて、既製コンクリート杭２に本来の支持能力を発揮させることができる基礎構造を構築することができる。
【００２３】
図６には、上記既製コンクリート杭部材１を適用した建物の基礎構造が例示されていて、基礎梁およびフーチングを用いずに、建物架構を構成する適宜な柱５が鋼管６内に挿入され充填コンクリートによって既製コンクリート杭部材１と直接連結されて構築される。これにより、本願出願人の上記先の出願と同様に施工性が良好で且つ低コストで施工できる上に、曲げモーメントに対し既製コンクリート杭２に本来の強度負担を担わせることができ、上記既製コンクリート杭部材１の特性を活かした合理的な建物の基礎構造を得ることができる。図示例にあっては、すべての柱５を上記実施形態にかかる既製コンクリート杭部材１と直接連結する構造が示されているが、一部の柱５に対しては基礎梁やフーチングを適用するようにして、ハイブリッドタイプの基礎構造に構成してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる既製コンクリート杭部材の好適な一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１の既製コンクリート杭部材に適用される既製コンクリート杭の一例を示す説明図である。
【図３】図１の既製コンクリート杭部材に適用される既製コンクリート杭の他の例を示す説明図である。
【図４】図１の既製コンクリート杭部材に適用される端面金物の一例を示す説明図である。
【図５】図１の既製コンクリート杭部材の要部拡大側断面図である。
【図６】本発明にかかる建物の基礎構造の好適な一実施形態を示す概略斜視図である。
【図７】従来の既製コンクリート杭部材を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  既製コンクリート杭部材
２  既製コンクリート杭
３  ＰＣ鋼材
４  端面金物
５  柱
６  鋼管
１０  地盤
Ｃ  充填コンクリート
Ｄ  既製コンクリート杭の外径寸法
ｄ  鋼管の外径寸法
Ｘ  接合位置
Ｙ  定着位置
【図１】
2005299291.tif 000004
【図２】
2005299291.tif 000005
【図３】
2005299291.tif 000006
【図４】
2005299291.tif 000007
【図５】
2005299291.tif 000008
【図６】
2005299291.tif 000009
【図７】
2005299291.tif 000010